Question

19．實(shí)驗(yàn)室有規(guī)格為“2.5V 0.75W”的小燈泡，小張利用其中一只小燈泡做“測量小燈泡電功率”的實(shí)驗(yàn)，所用滑動(dòng)變阻器的規(guī)格為“50Ω 1A”．

（1）請你用筆畫線代替導(dǎo)線，幫小張將圖甲中的電路連接完整，要求滑片P向左移動(dòng)時(shí)，電壓表的示數(shù)要變大．
（2）小張連接完電路后閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)接近電源電壓，反復(fù)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，電壓表的示數(shù)基本不變．發(fā)生故障的原因可能是滑動(dòng)變阻器短路或者燈泡斷路．（均選填“短路”或“斷路”）
（3）排除故障后，小張移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，將三次實(shí)驗(yàn)時(shí)電壓表和電流表的示數(shù)記錄到表中；當(dāng)電壓表的示數(shù)為2.5V時(shí)，電流表示數(shù)如圖乙，其讀數(shù)為0.4A，此時(shí)小燈泡的電功率為1W；

次數(shù)	第一次	第二次	第三次
電壓/V	2	2.5	2.8
電流/A	0.34	0.4	0.42

（4）小張查看了小燈泡的說明書，了解到生產(chǎn)這批小燈泡鎢絲的長度是一定的．分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可推測這個(gè)小燈泡內(nèi)鎢絲的橫截面積與合格產(chǎn)品相比是變大了．（選填“變大了”或“變小了”）
（5）小張?jiān)趯?shí)驗(yàn)過程中調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器時(shí)還應(yīng)該注意的是眼睛要觀察電壓表的示數(shù)．
（6）另外一位同學(xué)還想探究電流與電阻的關(guān)系，于是將甲圖中的小燈泡換成定值電阻R，并使電壓表的示數(shù)始終保持2V不變，多次更換阻值不同的定值電阻R，記錄各次電流表的示數(shù)．在不更換其他器材的情況下，為了能夠完成實(shí)驗(yàn)，他更換的定值電阻R的阻值不能大于100Ω．

Answer 1

分析 （1）滑動(dòng)變阻器要串聯(lián)在電路中，且要按“一上一下”的方式接入電路，注意滑片P向左移動(dòng)時(shí)，電壓表的示數(shù)要變大；
（2）根據(jù)電路故障現(xiàn)象分析電路故障原因；
（3）根據(jù)電流表選擇的量程確定其分度值，讀出其示數(shù)，由P=UI求出燈泡的電功率；
（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用歐姆定律求出燈絲實(shí)際電阻，根據(jù)燈泡額定功率與額定電壓應(yīng)用電功率公式求出燈泡電阻，根據(jù)兩電阻值關(guān)系，分析答題；
（5）可從保護(hù)電路的角度，分析在該實(shí)驗(yàn)操作過程中的注意事項(xiàng)；
（6）根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)與歐姆定律分析答題．

解答 解：（1）滑動(dòng)變阻器要按“一上一下”的方式串聯(lián)接入電路，要使滑片P向左移動(dòng)時(shí)，電壓表的示數(shù)要變大，
滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻應(yīng)減小，故應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的左下接線柱與開關(guān)的右接線柱連接即可，如圖所示：

（2）當(dāng)滑動(dòng)變阻器短路時(shí)，電壓表測燈泡兩端的電壓，即電源電壓，反復(fù)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，電壓表的示數(shù)基本不變，符合題意；
當(dāng)滑動(dòng)變阻器斷路時(shí)，電壓表示數(shù)為0，反復(fù)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，電壓表的示數(shù)基本不變，仍然為零，不符合題意；
當(dāng)燈泡斷路時(shí)，電壓表串聯(lián)在電路中，兩接線柱與電源兩極連接，測量電源電壓，反復(fù)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，電壓表的示數(shù)基本不變，符合題意；
當(dāng)燈泡短路時(shí)，電壓表示數(shù)為0，反復(fù)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，電壓表的示數(shù)基本不變，仍然為零，不符合題意；
故發(fā)生故障的原因可能是滑動(dòng)變阻器短路或者燈泡斷路．
（3）由圖乙可知，電流表選擇的量程是0～0.6A，其分度值為0.02A，示數(shù)為0.4A，
則小燈泡的電功率：P=UI=2.5V×0.4A=1W；
（4）由I=$\frac{U}{R}$得，小燈泡的電阻：
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.4A}$=6.25Ω，
而燈泡額定電壓是2.5V，額定功率為0.75W，
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$得，正常發(fā)光時(shí)的電阻：
R′=$\frac{{U}_{額}^{2}}{{P}_{額}}$=$\frac{（2.5V）^{2}}{0.75W}$≈8.3Ω，
燈泡正常發(fā)光時(shí)的實(shí)際電阻小于理論值，因此小燈泡內(nèi)鎢絲的橫截面積與合格產(chǎn)品相比是變大了；
（5）閉合開關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片P，眼睛應(yīng)注視電壓表的示數(shù)，使燈泡兩端電壓等于燈泡額定電壓為止，
此時(shí)燈泡的實(shí)際功率才等于燈泡額定功率，因此眼睛要觀察 電壓表的示數(shù)．
（6）由實(shí)物電路可知，電源電壓為3V，電阻兩端電壓為2V，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓為1V，
定值電阻兩端電壓是滑動(dòng)變阻器兩端電壓的兩倍，定值電阻阻值是滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值的兩倍，
滑動(dòng)變阻器最大阻值為50Ω，因此定值電阻R的最大值為100Ω．
故答案為：（1）見上圖；（2）短路；斷路；（3）0.4；1；（4）變大了；（5）電壓表；（6）100．

點(diǎn)評 本題考查了實(shí)物電路的連接、電路故障分析、電表讀數(shù)、求燈泡額定功率等問題，還考查了探究電流與電阻的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中定值電阻的取值范圍等，是電學(xué)實(shí)驗(yàn)的常考問題，綜合性較強(qiáng)，有一定的難度，一定要掌握．